[实用新型]一种压力式固井泡沫水泥发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及到钻井设备领域，特别涉及到一种压力式固井泡沫水泥发生装置。

背景技术

泡沫水泥固井主要是通过制造泡沫与低密度水泥浆结合，形成超低密度水泥浆，从而降低环空水泥浆段的液柱压力，以解决低压易漏油层的各种问题，并起到保护油层的作用。由于泡沫水泥具备密度低，强度高，良好的防窜性，适当的触变性等优良特性，特别适合于长封固段固井和低压易漏井的固井作业。

目前，制造泡沫水泥浆的方法主要有两种：一种是机械充气法，即指在普通水泥浆内通过机械方法充入任意设计量的气体，并加入表面活性剂来稳定泡沫，通过人工干预在水泥浆内形成均匀细小的泡沫，达到降低水泥浆密度的目的。使用机械法制备泡沫水泥浆成浆效果好，可实现任意设计量的气体充入，形成的泡沫均匀细小，密度可控；但由于地面配套设备较多、施工工艺复杂等缺陷，目前尚未大面积推广。另一种是化学发气法，即是在干水泥中掺入一定量的发泡剂，当水泥和水混合搅拌后，发泡剂与水泥中的某些化学成分起反应产生气体，分布在水泥浆中从而形成泡沫水泥。使用化学发气法制造泡沫水泥时，需要的固井施工装备与机械充气法相比较少，除了常用固井装备与设施，如水泥车、灰车等外，只需要增加一台注泡剂车。化学发气法施工简便，但是发气量较少，尤其是在液柱压力超过10MPa的井内，由于压力的作用气泡破灭或者变的很小，这种泡沫水泥浆在井下很难大幅度降低水泥浆的密度，鉴于此目前在解决低压易漏地层固井施工中，主要采用机械充气法；而化学发气法则多用于解决固井施工后水泥的“失重”等问题。根据已有的实验，水泥浆机械充气法有三种方式：在混浆槽内混合、在柱塞泵内混合、在柱塞泵后高压环境下混合。从实验结果看来，在混浆槽内混合和在柱塞泵内混合都不太理想，在柱塞泵后高压环境下混合形成的泡沫才有好的固井效果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种在固井泵车的柱塞泵和井口的高压管汇之间增加气液混合的压力式固定泡沫水泥发生装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种压力式固井泡沫水泥发生装置，包括混合器、翼形螺母、扇形挡圈、变径接头总成、弹簧卡圈、密封垫圈、流量控制阀、泡沫混合室、喉管和喷嘴，所述混合器内一端有泡沫混合室，泡沫混合室的一端与喉管相连通，喉管另一端与喷嘴相连通，喉管在垂直方向与氮气进口相连通，混合器在水泥浆进口和氮气进口两端分别装有流量控制阀，混合器和流量控制阀相接触处装有密封垫圈，变径接头总成用扇形挡圈与混合器相连接，并用翼形螺母紧固，翼形螺母的外侧装有弹簧卡圈，混合液排出口贯通变径接头总成与泡沫混合室相连通。

本实用新型的积极效果为：

1、该装置能够接入固井柱塞泵和井口的高压管汇之间，让加有添加剂的水泥和氮气在带压的情况下混合并且直接排入井口内工作，使水泥泡沫形成和工作的压力基本保存不变，不会因为压力的激烈改变而使泡沫破灭；

2、该装置利用了文丘里效应，当混合了添加剂的水泥液通过缩小的过流断面时流体的流速会加快，而由伯努力定律可知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象；

3、压力式固井泡沫比例混合器是依据射流质点间的相互撞击来传递能量的，因此在混合过程中会产生大量的旋涡，在喉管内壁产生摩擦损失以及在扩散管中产生扩散损失都会引起大量的水力损失。所以减小水力损失是压力式空气泡沫比例混合器设计时考虑的重要因素之一。

附图说明

图1、压力式固井泡沫水泥发生装置剖视结构示意图；

图2、混合器剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和2进一步说明本实用新型的具体实施方式。

参见图1和2，工作时，水泥浆从混合器1的水泥浆进口11进入，通过喷嘴10和喉管9进入泡沫混合室8中，当混合了添加剂的水泥液通过缩小的流断面喉管9时，液体流速加快形成负压，从而由氮气进口12处吸入氮气，氮气随水泥液共同进入泡沫混合室8中，由于管径的扩大使压力降低，氮气和水泥液在泡沫混合室8中混合，形成固井泡沫，再通过用扇形挡圈3、翼形螺母2和弹簧卡圈5与混合器1相连接的变径接头总成4，由混合泡沫排出口13直接排入井口内。与混合器1相连接的流量控制阀7用于控制水泥浆和氮气的进入量，而密封垫圈6用于防止漏气、漏水。